光刻技术第2期 | 光刻中的OPC技术

01/简介

光学邻近修正（Optical Proximity Correction，简称OPC）是半导体制造领域中应用广泛的光刻分辨率增强技术。该技术的核心作用是通过对掩模版上的图形进行预先调整，补偿光刻过程中因光学邻近效应产生的图形失真，进而扩大工艺窗口，确保晶圆芯片上形成的实际图形能精准复刻设计意图。

02/OPC技术的应用必要性

OPC技术的应用需求源于芯片线宽尺寸持续微缩带来的光学邻近效应加剧问题。在光刻工艺中，光刻机光学系统本身存在一定局限性，加之光路传播过程中不可避免地会发生衍射与干涉现象，导致曝光在晶圆上的图形与掩模版原始设计图形出现明显偏差。常见的失真表现包括线端缩短、线宽变窄、直角图形被圆化等。

这种未修正的图形失真会产生严重后果：一方面会大幅压缩光刻工艺窗口，即保障图形质量的工艺参数范围急剧缩小；另一方面极端情况下可能导致工艺窗口完全消失，使得芯片制造良率远低于量产要求。正是为了抵消这些误差、规避上述风险，OPC技术通过对掩模图形进行针对性的人为预先修正，成为半导体光刻工艺中不可或缺的关键环节。

RBOPC前后对比示意图

03/光辅助图形的应用与作用

曝光辅助图形（Sub-Resolution Assist Feature, SRAF）是OPC技术中常用的工艺窗口增强手段，与掩模图形修正形成有效互补。其核心原理是在稀疏分布的主图形周围，添加尺寸远小于主图形的辅助结构——这些辅助图形的尺寸低于光刻机的分辨率阈值，在曝光后不会在晶圆上形成实际成像，但能改变局部光照分布，使稀疏图形区域的光照条件接近密集图形区域，从而扩大不同图形布局下的公共工艺窗口。

SRAF的应用效果高度依赖参数控制：辅助图形的放置位置需避开主图形关键区域，尺寸需严格匹配光刻系统特性，避免因光照干扰导致主图形失真。通过合理设计SRAF，可有效改善不同图形密度下的曝光一致性，减少稀疏图形与密集图形的成像差异，是提升整体光刻性能、保障芯片全域图形质量的重要技术补充。

04/OPC的工作原理与主要方法

OPC的核心工作原理是通过对掩模版布局的精准调整，补偿光刻过程中光线的非理想传播特性。其核心逻辑为“偏差预测-反向修正”：借助专业软件计算仿真，提前预判光刻曝光后晶圆上可能出现的图形偏差，再根据预判结果对原始掩模图形进行反向修正，最终使晶圆上的实际成像结果尽可能贴合设计目标。

从技术演进来看，OPC主要形成了两种核心修正方法：

一是基于规则的修正。该方法依赖工程师预先制定的固定修正规则表，针对特定图形尺寸、线间距等场景自动匹配修正方案。其优势在于操作简便、计算效率高，在早期技术节点（图形结构相对简单）中得到广泛应用，但随着芯片图形复杂度提升，固定规则难以覆盖所有失真场景，修正精度逐渐无法满足需求。

二是基于模型的修正。作为当前先进技术节点的主流方法，它通过构建完整的光刻工艺仿真模型，对光源、光学系统、光刻胶显影等全流程进行模拟，以边缘放置误差（EPE）为核心评价指标开展迭代修正——通过反复调整掩模图形并仿真验证，持续缩小实际图形与设计图形的EPE，最终实现高精度图形还原，完美适配复杂图形与先进制程的需求。

05/基于模型的OPC修正流程详解

作为先进技术节点的主流修正方式，基于模型的OPC凭借高精度优势适配复杂图形需求，其完整流程围绕“建模-分割-迭代修正-综合补偿-验证”展开，具体步骤如下：

第一步是构建精确光刻模型。该模型是修正的核心基础，需通过大量光刻试验数据校准，确保能精准模拟光源、光学系统、光刻胶显影等全流程特性，进而准确预测给定掩模版图形在曝光后形成的实际图形效果。

第二步为待修正图形分割。将原始设计的掩模图形分割为多个独立短栅格，每个栅格可在后续修正中单独调整位置，这种分割方式为精细化修正提供了灵活度，便于针对不同区域的失真特点精准调整。

第三步是迭代计算与栅格调整。OPC软件以边缘放置误差（EPE）为核心评价指标，反复对比当前掩模版曝光仿真结果与目标设计图形的EPE差异，通过不断调整各短栅格的位置来缩小误差，直至EPE达到预设的容差范围，完成基础修正。

第四步是多因素综合补偿。修正过程中需兼顾两类关键影响因素：一是光刻工艺参数（如曝光剂量、焦距等）的实际波动风险，二是后续刻蚀工艺可能带来的线宽变化，通过在模型中融入这些因素的影响规律，实现全流程误差补偿。

第五步为工艺窗口仿真验证。修正完成后，需通过仿真模拟实际生产中的工艺波动场景，评估修正后掩模的工艺窗口指标（如景深、曝光宽容度等）。只有当验证结果满足量产要求时，修正流程才算完成；若未达标，则需返回迭代调整环节优化参数，直至符合标准。

基于模型的光学邻近效应修正流程演示

06/OPC的技术挑战与发展前景

随着半导体技术节点向更小尺寸迭代，OPC技术面临双重核心挑战：一是掩模图形复杂度随修正精度要求提升而显著增加，掩模制造难度与成本同步上升；二是修正过程的计算强度呈指数级增长，对运算效率提出更高要求。尤其在极紫外（EUV）光刻、多重图案化等先进工艺中，图形精度要求突破纳米级，进一步放大了精度与效率的矛盾。

当前，行业正通过双路径方案应对上述挑战：算法层面，通过深度学习、自适应优化等创新算法提升计算效率与修正精度；硬件层面，借助CPU-GPU异构计算、云算力集群等硬件加速手段缩短处理周期。从发展前景来看，OPC技术将持续与先进工艺深度融合，通过“算法创新+硬件升级”的协同演进，支撑芯片制造向更高集成度、更小特征尺寸突破，始终保障图形复制的精确性与可靠性。

综上，光学邻近修正技术作为光刻工艺的核心支撑，通过掩模图形修正、SRAF辅助等精准优化手段，为芯片制造良率与性能筑牢基础。其不断迭代的技术方法与工具体系，正成为推动半导体产业持续向前发展的关键动力之一。